机械设计课程设计:二级齿轮减速器

机械设计课程设计

杨屹立

西南大学工程技术学院

2005级机械设计制造及其自动化1班

指导教师：杨玲

1.课程设计目

械设计课程是培养学生机械设计能力的技术基础。机械设计课程设计是机械设计

课程的重要实践教学环节，其基本目的是：

1) 通过课程设计，综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论和实际知识，培养分析和解决实际问题的能力，掌握机械设计的一般规律，树立正确的设计思想;

2）学会从机器功能要求出发，合理选择执行机构和传动机构的类型，制定传动方案，合理选择标准部件的类型和型号，正确计算零件的工作能力，确定其尺寸、形状、结构及材料，并考虑制造工艺、使用、维护、经济和安全等问题，培养机械设计能力；

3) 通过课程设计，学习运用标准、规范、手册、图册和查阅科技文献资料以及计算机应用等，培养机械设计的基本技能和获取有关信息的能力。

在本课程设计中用计算机绘图或手工绘图都能达到以上基本要求，但是由目前发展趋势应尽量采用计算机绘图。

2.课程设计题目

带式运输机传动装置的设计。

3.课程设计步骤

3.1设计准备

3.1.1 阅读设计任务书 3.1.2看录像、拆装减速器 3.1.3阅读有关资料

3.2传动装置的总体设计

3.2.1 选择传动方案

选择展开式二级圆柱齿轮减速器 3.2.2 选择电动机类型

工作机的效率 w1

传动装置中各部分的效率,查表1-7① 8级精度的一般齿轮传动效率 齿0.97 弹性联轴器传动效率 l0.992 齿式联轴器传动效率 0.99 球轴承传动效率 球0.99(一对) 滚子轴承 滚0.99(一对)

电动机至工作机之间传动装置的总效率

l球齿滚齿滚

0.9920.990.970.980.970.980.990.879工作机所需输入功率Pw

F22001.1

2.42KW

1000w100012.42

2.753KW 0.879

所需电动机功率Pd由





Dnw

601000

,得nw

6010006010001.1

87.535rmin。

D240

查表13-2②,得圆柱齿轮传动单级传动比常值为3～5,故电动机转速的可选范围:

n(i1i2)nw(32~52)87.535787.817~2188.38rmin。

对Y系列电动机通常多选用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机,故选用同步转速为1500r/min。

查表12-1,选用Y100L2-4,额定功率3KW,满载转速1430r/min,电动机极数为4，

0.009

轴伸尺寸280.00460

①

> 吴宗泽、罗圣国主编,第5页。 ②

> 吴宗泽、罗圣国主编,第188页。

3.2.3 计算总传动比和分配各级传动比

传动装置的总传动比要求为i

nm143016.336 nw87.535

式中： nm—电动机满载转速,r/min.

一般推荐展开式二级圆柱齿轮减速器高速级传动比i1(1.3~1.5)i2,取

i14.782,i23.416.

3.2.4 计算传动装置运动和动力参数

该传动装置从电动机到工作机有三轴,依次为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴,则: 1.各轴转速

n1nm1430rmin

n

n1430299.038rmin i14.782nnm1430n87.537rmin

i2i1i216.336

式中: nm—为电动机满载转速,r/min;

n1、n、n—分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴转速,r/min;Ⅰ为高速轴,Ⅲ为低速轴. 2.各轴功率

PPdl2.7530.9922.731KW

Pl齿球2.7530.9920.970.992.623KW P齿球Pd

PP齿滚Pdl齿球齿滚2.7530.9920.970.990.970.982.493KW

式中: Pd—为电动机输出功率,KW;

PⅠ、PⅡ、PⅢ —分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴输入功率,KW； 3.各轴转矩

T9.55106Pn9.5510618238.50Nmm T9.55106Pn9.55106299.03883767.45Nmm T9.55106Pn9.55106271978.14Nmm

3.3 传动零件的设计计算

3.3.1 第一级齿轮传动设计计算

因传动无严格限制,生产批量小,故小齿轮用40Cr,调质处理,硬度241HB～286HB,平均取为260HB;大齿轮用45钢,调质处理,硬度为229HB～286HB,平均取为240HB.齿轮采用非对称支承结构安装。计算步骤如下:

③

>第四版,邱宣怀主编,高等教育出版社,第204～243页。

3.3.2 第二级齿轮传动设计计算

因传动无严格限制,生产批量小,故小齿轮用40Cr,调质处理,硬度取为280HB;大齿轮用45钢,调质处理,硬度取为260HB。齿轮采用非对称支承结构.计算步骤如下:

表1 传动零件设计计算小结

3.4 画装配草图

3.4.1 初估轴径

在画装配草图前需初估轴径,从而提高设计效率,减少重复设计的工作量,并尽可能的降低生产成本。三根轴都选用40Cr材料。

由>式16.2④,得各轴的最小直径分别为

d

12.655mm d

21.036mm 31.149mm d式中: C为轴强度计算系数,40Cr所对应的系数为102

考虑到实际情况,可将这三轴的最小轴径定为25mm,50mm和35mm。 3.4.2 初选联轴器

联轴器除联接两轴并传递转矩外,有些还具有补偿两轴因制造和安装误差而造成的轴线偏移的功能,以及具有缓冲、吸振、安全保护等功能。电动机轴和减速器高速轴联接用的联轴器,由于轴的转速较高,为减小启动载荷,缓和冲击,应选用具有较小转动惯量和具有弹性的联轴器,该设计选用弹性柱销联轴器。减速器低速轴与工作机联接用的联轴器,由于轴的转速较低,不必要求具有较小的转动惯量,但传递转矩较大,又因减速器与工作机不在同一底座上,要求具有较大的轴线偏移补偿,因此选用鼓形齿式联轴器。根据上述分析并考虑到实际情况,联轴器选择如下: 电动机轴和减速

J12844

GB/T43232002;减速器低速轴

J12544

3582

与工作机联接用的联轴器选用GICL1联轴器 JB/T 8854.3-2001.

J1B3260

器高速轴联接用的联轴器选用LT4联轴器

3.4.3 初选轴承

轴承是支承轴颈的部件。由于该传动装置采用两对斜齿轮传动，经比较选择，采用两对角接触球轴承和深沟球轴承。从高速轴到低速轴，选用的轴承分别为7307C、30210、30210，均为成组使用，面对面安装。 3.4.4 箱体尺寸计算

查表11-1⑤，可计算出箱体各部分尺寸，具体如下：

④

>第四版,邱宣怀主编,高等教育出版社,第314页。 ⑤

《机械设计课程设计手册》，吴宗泽、罗圣国主编，高等教育出版社，第158页。

结合以上参数,可设计出传动装置的装配草图,其结构形式如下图所示:

3.5 轴的校核计算

3.5.1 高速轴受力分析

高速轴受力情况如下：

Ft1

2T1218238.50

810.60N d145

Fr1

Ft1tann810.60tan20

301.74N

coscos126'5''

Fa1Ft1tan810.60tan126'5''173.80N

水平受力分析: 对FR2'作用点取矩,则有

Fr158Fa1FR1'

200

301.7458173.8022.5107.06N

200

对FR1'作用点取矩,则有

Fr1142Fa1FR2'

200

301.74142173.8022.5194.68N

200

垂直面受力分析:

Ft158810.6058

235.07N 200200Ft1142

575.53 对FR1''作用点取矩,则有: FR2''

200

对FR2''作用点取矩,则有: FR1''

3.5.2 中间轴校核计算中间轴结构和受力分析图如下:

中间轴材料选用40Cr调质, B750MPa,S550MPa。轴的弯曲应力校核步骤如下:

中间轴安全系数校核计算如下：

⑥

>,邱宣怀主编,高等教育出版社,第310～332页。

3.5.3 低速轴校核计算

低速轴结构和受力分析图如下:.

低速轴材料选用45Cr调质，B750MPa,S550MPa。轴的弯曲应力校核步骤如下:

低速轴安全系数校核计算如下：

3.6 轴承验算

3.6.1高速轴轴承验算

查手册 7307c轴承主要性能参数如下：

Cr32.8KN,Cor24.8KN,No75000r/min(脂润滑)，e0.68

⑦

《机械设计》，邱宣怀主编，高等教育出版社，第360～403页。

3.6.2 中间轴轴承验算

查手册 30210轴承主要性能参数如下：

Cr73200N,Cor92000N,No43000r/min(脂润滑)，e0.42,Y1.4,Yo0.8

3.6.3 低速轴轴承验算

查手册 30210轴承主要性能参数如下：

Cr73200N,Cor92000N,No43000r/min(脂润滑)，e0.42,Y1.4,Yo0.8

3.7 键联接的选择和计算

3.7.1 高速轴与联轴器键联接的选择和计算

高速轴与联轴器键联接的轴的直径为25mm,查表4-1⑧，可知d22~30mm时可选用键8736，即键宽8mm、高7mm，键长l36mm。

联轴器采用45钢制造，[p]130MPa,则此联接所能传递的转矩为：

⑧

《机械设计课程设计手册》，吴宗泽、罗圣国主编，高等教育出版社，第53页。

T

hld[p]72825130159250N.mmT118238.50N.mm,满足使用44

要求。

键标记：键8736 GB/T1096。材料选用45钢。 3.7.2 中间轴与大齿轮键联接的选择和计算

中间轴与大齿轮键联接的轴的直径为54mm，查表4-1，可知当d50~58mm时可选用键161037，即键宽16mm、高10mm，键长37mm。

齿轮采用45钢制造，[p]130MPa，则此联接所能传递的转矩为：

T

hld[p]10371654130368550N.mmT283767.45N.mm，满44

足使用要求。

键标记：键161037 GB/T1096。材料选用45中碳钢。 3.7.3 低速轴与齿轮键联接的选择和计算

低速轴与大齿轮键联接的轴的直径为54mm，查表4-1，可知当d50~58mm时可选用键161037，即键宽16mm、高910mm，键长37mm。

齿轮采用45钢制造，[p]130MPa，则此联接所能传递的转矩为：

T

hld[p]10371654130368550N.mmT3217978.58N.mm，44

满足使用要求。

键标记：键161037 GB/T1096。材料选用45中碳钢。 3.7.4 低速轴与联轴器键联接的选择和计算

低速轴与联轴器键联接的轴的直径为35mm，查表4-1，可知当d30~38mm时可选用键10872，即键宽10mm、高8mm，键长72mm，键的接触长度

llb62mm。

联轴器采用45锻钢制造，[p]130MPa，则此联接所能传递的转矩为：

T

hld[p]86235130564200N.mmT3217978.58N.mm，满足使44

用要求。

键标记：键10872 GB/T1096。材料选用45中碳钢

参考文献

[1] 邱宣怀，机械设计.北京：高等教育出版社，1997..

[2] 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.北京：高等教育出版社，2006.5. [3] 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理. 北京：高等教育出版社，2007. 8 [4] 刘鸿文.材料力学. 北京：高等教育出版社，2006.11

[5] 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学. 北京：高等教育出版社，2006.4

机械设计课程设计

杨屹立

西南大学工程技术学院

2005级机械设计制造及其自动化1班

指导教师：杨玲

1.课程设计目

械设计课程是培养学生机械设计能力的技术基础。机械设计课程设计是机械设计

课程的重要实践教学环节，其基本目的是：

3) 通过课程设计，学习运用标准、规范、手册、图册和查阅科技文献资料以及计算机应用等，培养机械设计的基本技能和获取有关信息的能力。

在本课程设计中用计算机绘图或手工绘图都能达到以上基本要求，但是由目前发展趋势应尽量采用计算机绘图。

2.课程设计题目

带式运输机传动装置的设计。

3.课程设计步骤

3.1设计准备

3.1.1 阅读设计任务书 3.1.2看录像、拆装减速器 3.1.3阅读有关资料

3.2传动装置的总体设计

3.2.1 选择传动方案

选择展开式二级圆柱齿轮减速器 3.2.2 选择电动机类型

工作机的效率 w1

电动机至工作机之间传动装置的总效率

l球齿滚齿滚

0.9920.990.970.980.970.980.990.879工作机所需输入功率Pw

F22001.1

2.42KW

1000w100012.42

2.753KW 0.879

所需电动机功率Pd由





Dnw

601000

,得nw

6010006010001.1

87.535rmin。

D240

查表13-2②,得圆柱齿轮传动单级传动比常值为3～5,故电动机转速的可选范围:

n(i1i2)nw(32~52)87.535787.817~2188.38rmin。

对Y系列电动机通常多选用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机,故选用同步转速为1500r/min。

查表12-1,选用Y100L2-4,额定功率3KW,满载转速1430r/min,电动机极数为4，

0.009

轴伸尺寸280.00460

①

> 吴宗泽、罗圣国主编,第5页。 ②

> 吴宗泽、罗圣国主编,第188页。

3.2.3 计算总传动比和分配各级传动比

传动装置的总传动比要求为i

nm143016.336 nw87.535

式中： nm—电动机满载转速,r/min.

一般推荐展开式二级圆柱齿轮减速器高速级传动比i1(1.3~1.5)i2,取

i14.782,i23.416.

3.2.4 计算传动装置运动和动力参数

该传动装置从电动机到工作机有三轴,依次为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴,则: 1.各轴转速

n1nm1430rmin

n

n1430299.038rmin i14.782nnm1430n87.537rmin

i2i1i216.336

式中: nm—为电动机满载转速,r/min;

n1、n、n—分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴转速,r/min;Ⅰ为高速轴,Ⅲ为低速轴. 2.各轴功率

PPdl2.7530.9922.731KW

Pl齿球2.7530.9920.970.992.623KW P齿球Pd

PP齿滚Pdl齿球齿滚2.7530.9920.970.990.970.982.493KW

式中: Pd—为电动机输出功率,KW;

PⅠ、PⅡ、PⅢ —分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴输入功率,KW； 3.各轴转矩

3.3 传动零件的设计计算

3.3.1 第一级齿轮传动设计计算

③

>第四版,邱宣怀主编,高等教育出版社,第204～243页。

3.3.2 第二级齿轮传动设计计算

因传动无严格限制,生产批量小,故小齿轮用40Cr,调质处理,硬度取为280HB;大齿轮用45钢,调质处理,硬度取为260HB。齿轮采用非对称支承结构.计算步骤如下:

表1 传动零件设计计算小结

3.4 画装配草图

3.4.1 初估轴径

在画装配草图前需初估轴径,从而提高设计效率,减少重复设计的工作量,并尽可能的降低生产成本。三根轴都选用40Cr材料。

由>式16.2④,得各轴的最小直径分别为

d

12.655mm d

21.036mm 31.149mm d式中: C为轴强度计算系数,40Cr所对应的系数为102

考虑到实际情况,可将这三轴的最小轴径定为25mm,50mm和35mm。 3.4.2 初选联轴器

J12844

GB/T43232002;减速器低速轴

J12544

3582

与工作机联接用的联轴器选用GICL1联轴器 JB/T 8854.3-2001.

J1B3260

器高速轴联接用的联轴器选用LT4联轴器

3.4.3 初选轴承

查表11-1⑤，可计算出箱体各部分尺寸，具体如下：

④

>第四版,邱宣怀主编,高等教育出版社,第314页。 ⑤

《机械设计课程设计手册》，吴宗泽、罗圣国主编，高等教育出版社，第158页。

结合以上参数,可设计出传动装置的装配草图,其结构形式如下图所示:

3.5 轴的校核计算

3.5.1 高速轴受力分析

高速轴受力情况如下：

Ft1

2T1218238.50

810.60N d145

Fr1

Ft1tann810.60tan20

301.74N

coscos126'5''

Fa1Ft1tan810.60tan126'5''173.80N

水平受力分析: 对FR2'作用点取矩,则有

Fr158Fa1FR1'

200

301.7458173.8022.5107.06N

200

对FR1'作用点取矩,则有

Fr1142Fa1FR2'

200

301.74142173.8022.5194.68N

200

垂直面受力分析:

Ft158810.6058

235.07N 200200Ft1142

575.53 对FR1''作用点取矩,则有: FR2''

200

对FR2''作用点取矩,则有: FR1''

3.5.2 中间轴校核计算中间轴结构和受力分析图如下:

中间轴材料选用40Cr调质, B750MPa,S550MPa。轴的弯曲应力校核步骤如下:

中间轴安全系数校核计算如下：

⑥

>,邱宣怀主编,高等教育出版社,第310～332页。

3.5.3 低速轴校核计算

低速轴结构和受力分析图如下:.

低速轴材料选用45Cr调质，B750MPa,S550MPa。轴的弯曲应力校核步骤如下:

低速轴安全系数校核计算如下：

3.6 轴承验算

3.6.1高速轴轴承验算

查手册 7307c轴承主要性能参数如下：

Cr32.8KN,Cor24.8KN,No75000r/min(脂润滑)，e0.68

⑦

《机械设计》，邱宣怀主编，高等教育出版社，第360～403页。

3.6.2 中间轴轴承验算

查手册 30210轴承主要性能参数如下：

Cr73200N,Cor92000N,No43000r/min(脂润滑)，e0.42,Y1.4,Yo0.8

3.6.3 低速轴轴承验算

查手册 30210轴承主要性能参数如下：

Cr73200N,Cor92000N,No43000r/min(脂润滑)，e0.42,Y1.4,Yo0.8

3.7 键联接的选择和计算

3.7.1 高速轴与联轴器键联接的选择和计算

高速轴与联轴器键联接的轴的直径为25mm,查表4-1⑧，可知d22~30mm时可选用键8736，即键宽8mm、高7mm，键长l36mm。

联轴器采用45钢制造，[p]130MPa,则此联接所能传递的转矩为：

⑧

《机械设计课程设计手册》，吴宗泽、罗圣国主编，高等教育出版社，第53页。

T

hld[p]72825130159250N.mmT118238.50N.mm,满足使用44

要求。

键标记：键8736 GB/T1096。材料选用45钢。 3.7.2 中间轴与大齿轮键联接的选择和计算

中间轴与大齿轮键联接的轴的直径为54mm，查表4-1，可知当d50~58mm时可选用键161037，即键宽16mm、高10mm，键长37mm。

齿轮采用45钢制造，[p]130MPa，则此联接所能传递的转矩为：

T

hld[p]10371654130368550N.mmT283767.45N.mm，满44

足使用要求。

键标记：键161037 GB/T1096。材料选用45中碳钢。 3.7.3 低速轴与齿轮键联接的选择和计算

低速轴与大齿轮键联接的轴的直径为54mm，查表4-1，可知当d50~58mm时可选用键161037，即键宽16mm、高910mm，键长37mm。

齿轮采用45钢制造，[p]130MPa，则此联接所能传递的转矩为：

T

hld[p]10371654130368550N.mmT3217978.58N.mm，44

满足使用要求。

键标记：键161037 GB/T1096。材料选用45中碳钢。 3.7.4 低速轴与联轴器键联接的选择和计算

低速轴与联轴器键联接的轴的直径为35mm，查表4-1，可知当d30~38mm时可选用键10872，即键宽10mm、高8mm，键长72mm，键的接触长度

llb62mm。

联轴器采用45锻钢制造，[p]130MPa，则此联接所能传递的转矩为：

T

hld[p]86235130564200N.mmT3217978.58N.mm，满足使44

用要求。

键标记：键10872 GB/T1096。材料选用45中碳钢

参考文献

[1] 邱宣怀，机械设计.北京：高等教育出版社，1997..

[5] 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学. 北京：高等教育出版社，2006.4

机械设计课程设计:二级齿轮减速器

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